固定管板式換熱器的設(shè)計

1、徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 第一章 緒論 1.1 化工設(shè)備簡介化工生產(chǎn)離不開化工設(shè)備，化工設(shè)備是化工生產(chǎn)必不可少的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)，是生產(chǎn)力的主要因素，是化工產(chǎn)品質(zhì)量保證體系的重要組成部分1。然而在化工設(shè)備中化工容器占據(jù)著舉足輕重的地位，由于化工生產(chǎn)中，介質(zhì)通常具有較高的壓力，化工容器一般有筒體、封頭、支座、法蘭及各種容器開孔接管所組成，通常為壓力容器，因為壓力容器是化工設(shè)備的主體，對其化工生產(chǎn)過程極其重要，國家對其每一步都有具的標(biāo)準(zhǔn)對其進行規(guī)范，如：中國壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程、GB1501998鋼制壓力容器、GB1511999管殼式換熱器等。在其中能根據(jù)不通的操作環(huán)境選出不同的材

2、料，查出計其允許的工作壓力，工作溫度等2。1.2 換熱器概述換熱器簡單說是具有不同溫度的兩種或兩種以上流體之間傳遞熱量的設(shè)備。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，進行著各種不同的熱交換過程，其主要作用是使熱量由溫度較高的流體向溫度較低的流體傳遞，使流體溫度達到工藝的指標(biāo)，以滿足生產(chǎn)過程的需要。此外，換熱設(shè)備也是回收余熱，廢熱，特別是低品位熱能的有效裝置3。1.2.1 管殼式換熱器的分類管殼式換熱器的分類根據(jù)管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)特點，常將其分為固定管板式、浮頭式、U 型管式、填料函式、滑動管板式、雙管式等4。1）固定管板式換熱器固定管板式換熱器的典型結(jié)構(gòu)如下圖所示。管束連接在管板上，管板與殼體焊接。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單

3、、緊湊、能承受較高的壓力，造價低，管程清洗方便，管子損壞時易于堵塞或更換；缺點是當(dāng)管束與殼體的壁溫或材料的線脹系數(shù)相差較大時，殼體與管束將會產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。這種換熱器適用于殼測介質(zhì)清潔且不易結(jié)垢、并能進行清洗、管程與殼程兩側(cè)溫差不大或溫差較大但殼測壓力不高的場合5。 固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)圖固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)圖2）浮頭式換熱器浮頭式換熱器的典型結(jié)構(gòu)如下圖所示。兩端管板中只有一端與殼體固定，另一端可相對殼體自由移動，稱浮頭。浮頭由浮頭管板、鉤圈和浮頭端蓋組成，徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 是可拆連接，管束可從殼體內(nèi)抽出。管束與殼體的熱變形互不約束，因而不會產(chǎn)生熱應(yīng)力6。浮頭換熱器的

4、特點是管間與管內(nèi)清洗方便，不會產(chǎn)生熱應(yīng)力；但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價比固定管板式換熱器高，設(shè)備笨重，材料消耗大，且浮頭端小蓋在操作中無法檢驗，制造時對密封要求較高。適用于殼體與管束之間壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢的場合。浮頭式換熱器結(jié)構(gòu)圖浮頭式換熱器結(jié)構(gòu)圖3）U 形管換熱器U 形管式換熱器的典型結(jié)構(gòu)如下圖所示。這種換熱器的結(jié)構(gòu)特點是，只有一塊管板，管束由多根 U 形管組成，管的兩端固定在同一根管板上管子可自由伸伸縮。當(dāng)殼體與 U 形換熱管有溫差時，不會產(chǎn)生熱應(yīng)力7。 U U 形管換熱器結(jié)構(gòu)圖形管換熱器結(jié)構(gòu)圖由于彎管曲率半徑的限制，其換熱管排布較少管束最內(nèi)層管間距較大，管板的利用率較低，殼程流體易形成短路

5、，對傳熱不利，當(dāng)管子泄漏損壞時，只有管束外圍處的 U 形管才便于更換，內(nèi)層換熱管壞了不能更換，只能堵死，而且壞一根 U 形管相當(dāng)于壞兩根管，報廢率較高。U 形管結(jié)構(gòu)比較簡單、價格便宜、承壓能力強、殼壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢需清洗、又不適宜采用浮頭式和固定管板式的場合。特別適用于管內(nèi)走清潔而不易結(jié)垢的高溫、高壓、腐蝕性大的物料。4）填料函式換熱器填料函式換熱器的典型結(jié)構(gòu)如下圖所示。這種換熱器的結(jié)構(gòu)特點與浮頭式換熱器相類似，浮頭部分露在殼體以外，在浮頭與殼體的滑動接觸面處采用填料函式密封結(jié)構(gòu)。由于采用填料函式密封結(jié)構(gòu)，使得管束在殼體軸向可自由伸縮，殼壁與管壁不會產(chǎn)生熱變形差，從而避免可熱應(yīng)力。其

6、結(jié)構(gòu)較浮頭式換熱器簡單，加工制造方便，節(jié)省材料，造價比較低廉，且管束從殼體內(nèi)可以抽出你，管內(nèi)，管間都能清洗，維修方便8。徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 填料函式換熱器結(jié)構(gòu)圖填料函式換熱器結(jié)構(gòu)圖1.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器的主要零部件有殼體、接管、封頭、管板、換熱管、折流元件等，對于溫差較大的固定管板式換熱器，還應(yīng)包括膨脹節(jié)。管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)應(yīng)該保證冷、熱兩種流體分走管程和殼程，同時還要承受一定溫度和壓力的能力9。(1)管板：管板是換熱器的重要元件，主要是用來連接換熱器，同時將管程和殼程分隔，避免冷熱流體相混合。當(dāng)介質(zhì)無腐蝕或有輕微腐蝕時，一般采用碳素鋼、

7、低合金鋼板或其鍛件制造。(2)管子與管板的連接：管子與管板的連接必須牢固，不泄漏。既要滿足其密封性能，又要有足夠的抗拉強度。其連接形式主要有強度脹接、強度焊接、脹焊結(jié)合等10。(3)管箱：其作用是把管道中來的流體均勻分布到各換熱管中，將換熱管內(nèi)流體匯集在一起送出換熱器11。(4)折流板和支承板：殼程內(nèi)側(cè)裝設(shè)折流板或支承板，折流板的作用是組殼間流道，使流體以適當(dāng)?shù)牧魉贈_刷管束，提高傳熱系數(shù)，改善傳熱效果，以達到一定的傳熱強度。常用的折流板有弓形和圓環(huán)形兩種，弓形折流板又分為單弓形、雙弓形和三弓形12。(5)拉桿和定距管：折流板的安裝一般是用拉桿和定距管組合并與管板固在一起。拉桿與管板連接的一端可

8、用焊接或螺紋連接，另一端也用焊接或螺紋固定。一般拉桿的直徑不得小于 10mm、數(shù)量不得小于 4 根13。(6)管板與殼體的連接：其連接型式可分為不可拆式和可拆式。1.3 換熱器相關(guān)技術(shù)研究內(nèi)容及發(fā)展動向隨著換熱器廣泛應(yīng)用于各行業(yè)，誕生了許多新型的換熱器，這使得換熱器相關(guān)技術(shù)也得到不斷提高，傳熱理論不斷完善，換熱器研究、設(shè)計、技術(shù)、制造等技術(shù)不斷發(fā)展，換熱技術(shù)的發(fā)展同時又促進了各種新型高效換熱器的不斷發(fā)展14。 目前各國為提高這類換熱器性能進行的研究主要是強化傳熱，強化傳熱的主要途徑有提高傳熱系數(shù)、擴大傳熱面積和增大傳熱溫差等方式，其中提高傳熱系數(shù)是強化傳熱的重點，主要是通過強化管程傳熱和殼程傳

9、熱兩個方面得以實現(xiàn)。目前，管殼式換熱器強化傳熱方法主要有：采用改變傳熱元件本身的表面形狀及其表面處理方法，以獲得粗糙的表面和擴展表面；用添加內(nèi)插物的方法以增加流體本身的繞流；將傳熱管的內(nèi)外表面軋制成各種不同的表面形狀，使管內(nèi)外流體同時產(chǎn)生湍流并達到同時擴大管內(nèi)外有效傳熱面積的目的，提高傳熱管的傳熱性能；將傳熱管表面制成多孔狀，使氣泡核心的數(shù)量大幅度增加，徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 從而提高總傳熱系數(shù)并可增加其抗污垢能力；改變管束支撐形式以獲得良好的流動分布，充分利用傳熱面積等。換熱器相關(guān)技術(shù)的發(fā)展主要表現(xiàn)在以下幾發(fā)面：防腐技術(shù)，大型化與小型化并重，強化技術(shù)，抗振技術(shù)，防結(jié)垢技術(shù)，

10、制造技術(shù)，研究手段。隨著工業(yè)中經(jīng)濟效益與社會環(huán)境保護的要求，制造水平的不斷提高，新能源的逐漸開發(fā)，研究手段的日益發(fā)展，各種新思路的與新結(jié)構(gòu)的涌現(xiàn)，換熱器將朝著更高效、經(jīng)濟、環(huán)保的方向發(fā)展15。1.4 本課題的研究內(nèi)容及意義本課題主要研究的是固定管板式換熱器，查閱換熱器相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，分析固定管板式各部分性能影響，并進行了換熱器的熱工計算、結(jié)構(gòu)計算和強度計算16。換熱器的應(yīng)用廣泛，日常生活中取暖用的暖氣散熱片、汽輪機裝置中的凝汽器和航天火箭上的油冷卻器等，都是換熱器。它還廣泛應(yīng)用于化工、石油、動力和原子能等工業(yè)部門。本文的研究結(jié)果對指導(dǎo)換熱器的規(guī)?；a(chǎn)，擴大其應(yīng)用領(lǐng)域，以在廣泛范圍內(nèi)逐步取代進口同類

11、材料，降低使用成本具有重要意義。近年來，隨著制造技術(shù)的進步，強化換熱元件的開發(fā)，使得新型高效換熱器的研究有了較大的發(fā)展，根據(jù)不同的工藝條件與工況設(shè)計制造了不同結(jié)構(gòu)形式的新型換熱器，也取得了較大的經(jīng)濟效益。故我們在選擇換熱設(shè)備時一定要根據(jù)不同的工藝、工況要求選擇。換熱器的作用可以是以熱量交換為目的。在即定的流體之間，在一定時間內(nèi)交換一定數(shù)量的熱量；也可以是以回收熱量為目的，用于余熱利用；也可以是以保證安全為目的，即防止溫度升高而引起壓力升高造成某些設(shè)備被破壞17。徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 第二章 固定管板式式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計本章節(jié)主要對固定管板式換熱器進行熱工設(shè)計的計算，它的設(shè)計

12、程序或步驟隨著設(shè)計任務(wù)數(shù)和原始數(shù)據(jù)的不同而不同，要盡可能的使已知數(shù)據(jù)和要設(shè)計計算的項目順次編排，但由于許多項目之間互相關(guān)聯(lián)，無法排定順序，故往往先根據(jù)經(jīng)驗選定一個數(shù)據(jù)使計算進行下去，通過計算得到結(jié)果后再與初始假定的數(shù)據(jù)進行比較，知道達到規(guī)定的偏差要求，試算才告結(jié)束。一般換熱器的設(shè)計程序如下：（1）根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)和有關(guān)要求確定設(shè)計方案；（2）確定換熱器類型和主要結(jié)構(gòu)；（3）根據(jù)換熱量要求，計算換熱面積，確定換熱管與殼體尺寸；（4）核算換熱器的傳熱能力及流動阻力；（5）確定換熱器的工藝結(jié)構(gòu)，形成工藝簡圖。2.1 設(shè)計參數(shù)換熱器的設(shè)計參數(shù)如表 2.1 所示。表2.1 設(shè)計參數(shù)Tab. 2.1 Desi

13、gn ParametersT 介質(zhì)循環(huán)水氯乙烷工作溫度（進出口）/25/ 50130/55工作壓力（絕壓）0.71.5流量（Kg/s）自己確定，可?。?30）之間一值2.2 換熱器熱工設(shè)計由于氯乙烷是有毒介質(zhì)，循環(huán)水是較為潔凈介質(zhì)，所以選擇氯乙烷走管程而循環(huán)水走殼程較為合理。2.2.1 管程流體氯乙烷的管程流體氯乙烷的定性溫度與物性參數(shù)定性溫度與物性參數(shù)(1)氯乙烷的的定性溫度：Tm=(T1+T2)/2=92.5選擇氯乙烷的質(zhì)量流量：wh=5/(2)定性溫度與物性參數(shù)的選擇與計算根據(jù)化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊有機卷查得： 氯乙烷在 92.5下，其液體密度h=758/m3 氯乙烷在 362.5K 下，

14、其粘度h=1.26 10-5 Pas （P125）氯乙烷在 92.5下，其比熱容 Cph=8.006932 KJ/(kg 0C) (P167)氯乙烷在 92.5下，其熱導(dǎo)率h=0.09079 W/(m 0C) (P176)根據(jù)公式 Prh=Cphh /h 得：普朗特數(shù) Prh=8.006932 1.256 10-5/0.09079=0.0011 (3)物料與熱量衡算 負荷 Q=whCph (T1-T2)(換熱效率一般取=0.98) =58.006932750.98 =2940(4)確定換熱器流程形式，計算換熱器的有效平均溫度差tm。管殼式換熱器主要有逆流式、并流式、錯流式幾種。在逆流式換熱器中

15、兩種流體以相反方徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 向流動從熱力學(xué)角度考慮這種優(yōu)于其它任何一種，傳熱效率較高，因此選擇逆流的方式進行換熱。逆流時：熱流體溫度 T 1300C550C 冷流體溫度 t 250C500C 兩端溫度差 t 1050C50C逆流對數(shù)平均溫差：tmr=（t1-t2）/ ln(t1/t2) =(1050C -50C)/ ln(1050C /50C) =32.80C流程形式：1 流程2 管程參數(shù)：R=(T1-T2)/(t1-t2)=75/25=3 P=(t1-t2)/(T1-T2)=25/75=0.33查過程裝備成套技術(shù)設(shè)計指南得：=1有效平均溫度tm=tmr=32.8

16、0C(5)出算傳熱面積根據(jù)過程裝備成套技術(shù)設(shè)計指南初選傳熱系數(shù) K0=300 W/(m2 0C)傳熱面積 A0=Q/K0tm=2940 103/300 32.8=321.44m2(6)換熱結(jié)構(gòu)設(shè)計 選擇換熱管材料：選擇材質(zhì)為 20 鋼，換熱管長為 9m,252.5 的無縫鋼管，管程壓降的結(jié)垢修正系數(shù) Fi=1.4,換熱管內(nèi)外徑分別為：di=20,d=25。 換熱管管數(shù) n= A0/dL=321.44/3.14 0.025 9=454.7 根根據(jù)化工設(shè)備機械基礎(chǔ)書中，查表 7-3，確定其管束為 517 根，其正六角形對角線上的管子數(shù) b=25 根 根據(jù)流體流速范圍選定管程數(shù)為 Nt=2 按接管內(nèi)

17、流速1.65MP 即法蘭最大允許工作壓力大于設(shè)計壓力，所以選擇公稱直徑 DN=1000mm，公稱壓力 PN=2.5MP,材料為 Q345R 的長頸對焊法蘭。(5)由于工作介質(zhì)有毒，所以選擇凹凸密封面，根據(jù)化工設(shè)備 4-9 表確定墊片為石棉橡膠板，螺柱材料為 40MnB,螺柱材料為 45 號鋼。如圖 2-2 所徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 示：圖圖 3-23-2 容器法蘭（圖面形式）容器法蘭（圖面形式） (6)壓力容器法蘭標(biāo)記為：法蘭-FM1000-2.5 JB/T 4703-2000 3.1.5 選擇換熱器支座并核算承載能力選擇換熱器支座并核算承載能力臥式換熱器選用鞍式支座（JB

18、/T4712-1992）按照殼體公稱直徑 DN=1000 選用 A 型（輕型）帶加強墊板的鞍座一對（其中 F 型和 S 型各一個），支座高度H=200mm，標(biāo)記為：JB/T4712-1992 鞍座 A1000-FJB/T4712-1992 鞍座 A1000-S殼體總重包括筒體內(nèi)的料重、水壓試驗的水重、筒體、封頭、換熱管重量和附件的重量。根據(jù)化工設(shè)備概論課程設(shè)計指導(dǎo)書查附錄 1,可查得：公稱直徑的DN=1000mm 的筒體每立方米的容積 VT=0.785m3；查附錄 2，可查得：公稱直徑為1000mm 的橢圓形封頭的容積 Vf=0.163 m3。由上換熱器的容積為：V=VT+Vf=0.7858.

19、578+0.1632=6.9985 m3 水壓試驗是筒體內(nèi)的水重 W1=1000查附錄 1，可查得：公稱直徑 DN=1000mm,壁厚=8mm 的筒體每立方長的重n量為 199；查附錄 3,可查得：封頭的重量為 74.1?？伤愠鰵んw重量為：W2=1998.5+74.12=1839.7由附表 10，可查得：人孔的重量為 210，估計其他附件的重量為 800，故總計附件的重量為 W3=1010。換熱器的總重量 W總=WI+W2+W3=1000+1839.7+1010=3909.7,其總重 Q 為390.97KN。根據(jù)化工設(shè)備機械基礎(chǔ)由表 13-4，可查得：鞍座的允許載荷=307KNQ/2,所以鞍座

20、的承載能力足夠。 Q綜上所訴所選擇的鞍座的標(biāo)記為：JB/T 4712-1992,鞍座 BV1000-F,h=200mm,=6mm4表表 3-33-3 鞍座結(jié)構(gòu)尺寸鞍座結(jié)構(gòu)尺寸底板腹板筋板墊板公稱直徑 DN允許載荷Q/KN鞍座高度h1l1b123l2b3b34b4e螺栓間距2l鞍座質(zhì)量/Kg徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 1000307200760170128170140180827085560057圖圖 3-33-3 鞍式支座主視結(jié)構(gòu)鞍式支座主視結(jié)構(gòu)3.1.6 管板的選擇與尺寸計算管板的選擇與尺寸計算換熱器管板的計算十分復(fù)雜，一般均采用計算機計算。為了計算方便，也可由工具書查得選用

21、管板尺寸。由殼程工作壓力為 0.7,可算管程的設(shè)計壓力Ps=1.1Pw=1.65MPa(取管板的公稱壓力為 2.5MPa)的碳鋼管板。根據(jù)固定管板式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計表 1-6-9，可查得：在公稱直徑DN=1000mm,殼程公稱壓力 Ps=1.0MPa=Pt 下的管板尺寸如下表所示：表表 3-43-4 管板尺寸管板尺寸PsMPaPtMPaDNDD1D2D3D4D5d2規(guī)格數(shù)量bfb備注2.52.5100011951140109810001085100030M27365670 圖圖 3-43-4 固定管板結(jié)構(gòu)簡圖固定管板結(jié)構(gòu)簡圖3.1.7 膨脹節(jié)的選用與計算膨脹節(jié)的選用與計算固定管板式換熱器在換熱

22、過程中，管束與殼體有一定的溫差存在，而管板、管束與殼體是剛性連接在一起，當(dāng)溫差達到某一個溫度直時，由于過大的溫差應(yīng)力往往會引起殼體的破壞和管束的彎曲，需設(shè)置補償裝置，如膨脹節(jié)。膨脹節(jié)是安裝在固定管板式換熱器上的撓性構(gòu)件，對管束與殼體間的變形差進行補償，以此來消除殼體與管束間因溫差而引起的溫差應(yīng)力。膨脹節(jié)的型式較多，通常有波形膨脹節(jié)、平板膨脹節(jié)、形膨脹節(jié)等。而徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 在生產(chǎn)實踐中，應(yīng)用最多的，最普遍的是波形膨脹節(jié)。由于管束與殼體溫差大于 50，產(chǎn)生的溫差應(yīng)力過大應(yīng)設(shè)置膨脹節(jié)，消除溫差應(yīng)力。表表 3-73-7 ZXZX 形波形膨脹節(jié)尺寸形波形膨脹節(jié)尺寸公稱壓力

23、PN=2.5Mpa層數(shù) m單層厚度S/mm單波最大位移量 e1/mm單波軸向剛度 K1 /(N/mm)單波重量 G/Kg14.52.175998.612.5公稱直徑DN/mm波根外徑D0/mm波高h/mm圓弧半徑R/mm直邊長度L4/mm膨脹節(jié)長度L/mm平均截面積A/cm2材料1000DN+2mS=10096014.2530n(4R+2mS)+4L4=730.785()2100hD =8970.700Gr19Ni14Mo2 圖圖 3-53-5 波形膨脹節(jié)結(jié)構(gòu)圖波形膨脹節(jié)結(jié)構(gòu)圖3.1.8 折流板的設(shè)計與計算折流板的設(shè)計與計算折流板設(shè)計為弓形，h=3/41000=750mm,折流板間距取 400

24、mm;根據(jù)化工設(shè)備機械設(shè)計基礎(chǔ)表 7-6 查得：折流板最小厚度為 6mm;由表 7-8 查得：折流板外徑為 995.5mm,折流板開口直徑根據(jù)鋼制換熱器設(shè)計規(guī)定可查得 25.8mm,最大正偏差為 0.4mm,負偏差為 0，材料為 Q235A,如圖 3-5 所示：徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 圖圖 3-53-5 折流板折流板根據(jù)化工設(shè)備機械設(shè)計基礎(chǔ)查表 16-15 得：折流板的最小厚度為 8mm3.1.9 接管的選擇與計算接管的選擇與計算(1)管程接管的選擇與計算：根據(jù)其設(shè)計壓力為 1.65MPa,材料為 20 號鋼，設(shè)計溫度為 150下的許用應(yīng)力為 130 MPa，可計算得： 6

25、 .1213065. 110001000.Spxch根據(jù)過程裝備成套技術(shù)設(shè)計指南表 9-8 應(yīng)選用 Shc.20 系列的管子由于接管內(nèi)流速3m/s，可選用公稱直徑 DN100,壁厚為 4mm 的管子。 根據(jù)固定管板式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計表 1-6-6 查得管子的外伸長度為150mm (2)殼程接管的選擇與計算：根據(jù)其設(shè)計壓力為 0.77 MPa，材料為 20 號鋼,設(shè)計溫度為 70下的許用應(yīng)力為 130 MPa，則可計算得： 9 . 513077. 010001000.Spxch 根據(jù)過程裝備成套技術(shù)設(shè)計指南表 9-8 應(yīng)選用 Shc.10 系列的管子，由于接管內(nèi)流速3m/s，可選用公稱直徑 DN

26、125,壁厚為 4.5mm 的管子。 根據(jù)固定管板式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計表 1-6-6 查得管子的外伸長度為200mm。3.1.10 接管法蘭的選擇與計算接管法蘭的選擇與計算1、管程接管法蘭的選擇與計算：1004 接管法蘭(1)根據(jù)管法蘭的公稱直徑就是與管法蘭相連的接管公稱尺寸確定 1004徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 接管法蘭的公稱直徑 DN= 100mm。(2)根據(jù)介質(zhì)特性，設(shè)計溫度 t=150和接管材料，選定接管法蘭材料為 20鋼。 (3)根據(jù)管法蘭的材質(zhì)和 t=150，按照設(shè)計壓力不得高于對應(yīng)工作溫度下無沖擊工作壓力的原則，根據(jù)化工設(shè)備機械基礎(chǔ)查表 10-29（D）最高無沖擊

27、工作壓力得：管法蘭的公稱壓力為 2.5MPa。(4)根據(jù) PN=2.5 MPa 和 DN=100mm 查化工設(shè)備表 4-6 確定法蘭類型為帶頸平焊突面密封面；查表 4-14 確定墊片為石棉橡膠板墊片，由表 4-15 和表 4-16，螺栓為 A2-50、螺母為I 型六角螺母。(5)PN=1.0 MPa 和 DN=120mm,查標(biāo)準(zhǔn) HG20593-1997,確定法蘭的結(jié)構(gòu)尺寸。管法蘭標(biāo)記：HG20593-1997 法蘭 PL120-1.0 RF 20 2、殼程接管法蘭的選擇與計算：1254.5 接管法蘭(1)根據(jù)管法蘭的公稱直徑就是與管法蘭相連接的接管公稱尺寸確定1254.5 接管法蘭的公稱直徑

28、 DN=120mm。(2)根據(jù)介質(zhì)特性，設(shè)計溫度 t=70和接管材料，選定接管法蘭材料為 20鋼。(3)根據(jù)管法蘭的材質(zhì)和 t=70，按照設(shè)計壓力不得高于對應(yīng)工作溫度下無沖擊工作壓力的原則，根據(jù)化工設(shè)備機械基礎(chǔ)查表 10-29（C）最高無沖擊工作壓力得：管法蘭的公稱壓力為 1.0MPa。(4)根據(jù) PN=1.0MPa 和 DN=120mm 查化工設(shè)備表 4-6 確定法蘭類型為板式平焊突面密封面；查表 4-14 確定墊片為石棉橡膠板墊片，由表 4-15 和表 4-16，螺栓為 A2-50、螺母為I 型六角螺母。(5)PN=1.0 MPa 和 DN=120mm,查標(biāo)準(zhǔn) HG20593-1997,確

29、定法蘭的結(jié)構(gòu)尺寸。管法蘭標(biāo)記：HG20593-1997 法蘭 PL120-1.0 RF 203.1.11 管箱的選擇與計算管箱的選擇與計算1、管箱接管位置的最小尺寸： （C4S,S 為殼體壁厚）mmChfh152327021002DL2圖圖 3-63-6 管程接管位置管程接管位置2、殼程接管位置的最小尺寸： （C4S,S 為殼體壁厚）132mm32502100C2L1fhhd徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 圖圖 3-73-7 殼程接管位置殼程接管位置 3、根據(jù)管程接管到管板的位置最小尺寸為 152mm,可確定管箱的長度 450mm。3.1.12 拉桿和定距管的選用拉桿和定距管的選用

30、拉桿的結(jié)構(gòu)形式有兩種，換熱管大于或等于 19mm 的管束，采用圖 3-5（a）所示的拉桿定距桿結(jié)構(gòu)，換熱器外徑小于等于 14mm 的管束，采用圖 3-5（b）所示的點焊結(jié)構(gòu)，當(dāng)管板較薄時，也可采用其他的結(jié)構(gòu)形式。圖圖 3-53-5（a a） 拉桿定距管結(jié)構(gòu)拉桿定距管結(jié)構(gòu)圖圖 3-5(b)3-5(b) 電焊結(jié)構(gòu)電焊結(jié)構(gòu)折流桿換熱器結(jié)構(gòu)較緊湊，折流外圈，內(nèi)徑差值小，在選用 GB 151-1999 管殼式換熱器所給定的拉桿總截面積的前提下，改變拉桿直徑和數(shù)量，通常的做法是采用較多的拉桿數(shù)量和較小的直徑，但直徑不得小于 10mm，數(shù)量不得小于 4 根。根據(jù)化工設(shè)備機械設(shè)計基礎(chǔ)查表 16-17 得：拉桿

31、的數(shù)量為 6 根。拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣，對大直徑的換熱器，在布管區(qū)或靠近折流板缺口處應(yīng)布置適當(dāng)數(shù)量的拉桿，任何折流板應(yīng)不少于 3 各支承點。根據(jù)折流板的間距為 600mm,殼體長度為 8.578m,從而可初步確定折流板的塊數(shù)為 14 個，可計算處拉桿長度為 7800mm。徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 拉桿的連接尺寸按圖 3-9 和表 3-8 確定，拉桿長度按需要而定。圖圖 3-93-9 拉桿連接尺寸結(jié)構(gòu)拉桿連接尺寸結(jié)構(gòu)表表 3-83-8 拉桿的連接尺寸拉桿的連接尺寸拉桿直徑 d拉桿螺紋公稱直徑 dnLaLbb161620602.03.2 換熱器各部件的連接方式換熱器各

32、部件的連接方式3.2.1 管板與殼體的連接管板與殼體的連接殼體與管板的連接采用焊接形式，隨殼體直徑、承受的壓力及流體的物性變化，所選用的焊接方法也有所不同。延長部分兼作法蘭連接時，由于殼體壁厚mm12mm，殼程設(shè)計壓力 P=0.77MPa1 MPa 且殼程介質(zhì)為非易燃、非8n易爆、非揮發(fā)性、無毒性，其連接形式如 3-7 圖所示： 圖圖 3-103-10 管板與殼體的連接管板與殼體的連接3.2.2 管子與管板的連接管子與管板的連接管子與管板的連接，在工程生產(chǎn)中主要有強度脹接、強度焊接、脹焊結(jié)合等幾種形式。強度焊接目前是換熱管與管板連接應(yīng)用較為廣泛的一種形式。焊接結(jié)構(gòu)強度高，抗拉脫力強，當(dāng)焊接部分

33、由泄露時，可補焊，如需要更換換熱管，可采用專用刀具拆卸，比脹接方便。其一般焊接結(jié)構(gòu)如 3-8 圖所示：徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 圖圖 3-113-11 強度焊結(jié)構(gòu)形式和尺寸強度焊結(jié)構(gòu)形式和尺寸表表 3-93-9 換熱管外伸長度換熱管外伸長度3.2.3 管板與容器法蘭的連接管板與容器法蘭的連接固定管板式換熱器的管板兼作法蘭，與管箱法蘭連接型式比較簡單，除了滿足工藝上的要求，選擇一定密封面型式，按壓力、溫度來選用法蘭的結(jié)構(gòu)型式。其連接結(jié)構(gòu)簡圖如 3-9 所示：圖圖 3-123-12 管板夾持結(jié)構(gòu)管板夾持結(jié)構(gòu)換熱器規(guī)格（外徑 d壁厚）252.5換熱管最小伸長度/1l1.5最小坡口深

34、度/3l2徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 總總 結(jié)結(jié) 換熱設(shè)備是實現(xiàn)物料之間熱量傳遞的節(jié)能設(shè)備，也是回收余熱、廢熱，特別是低位熱能的有效裝置。換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換器（heat exchanger）。在化工生產(chǎn)中，常常需要把低溫流體加熱或者把高溫流體冷卻，把液體汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液體。本文主要研究的是固定管板式換熱器，它是換熱設(shè)備的一類。通過對換熱器的發(fā)展、分類、材料和運用等相關(guān)理論進行闡述，進而對換熱器進行熱工設(shè)計，結(jié)構(gòu)設(shè)計以及強度設(shè)計。固定管板式換熱器的設(shè)計，讓我對換熱器的設(shè)計流程和作用有了更深刻了解。無論換熱設(shè)備的設(shè)計計算或是校核計算

35、，一般均應(yīng)考慮下。（1）首先必須滿足工藝要求。（2）換熱設(shè)備中換熱介質(zhì)參數(shù)（流速、允許壓降、溫度等）的合理選取。在換熱設(shè)備中，介質(zhì)流速高，傳熱系數(shù)大，在熱負荷一定的情況下，可使傳熱面積減小，設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，不僅節(jié)省投資，而且有利于減緩或抑制污垢的形成，但同時，介質(zhì)流速高，壓降增大，而且介質(zhì)對傳熱面積的沖蝕加劇，并容易產(chǎn)生流體誘導(dǎo)振動破壞等。因此介質(zhì)速度的選取應(yīng)考慮壓降的合理性，盡可能在允許壓降范圍內(nèi)，提高流速，以加大傳熱系數(shù)。（3）合理安排流程，以便獲得較大的傳熱系數(shù)，并使熱、冷流體的流向盡可能接近逆流。（4）換熱設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)的合理選擇主要包括結(jié)構(gòu)形式、尺寸和材質(zhì)等方面。（5）設(shè)計計算時，應(yīng)注意定性尺寸的計算。在弩塞爾特數(shù)、雷諾數(shù)等的定義式中均有定性尺寸，通常是選取對流體運動或傳熱發(fā)生主導(dǎo)影響的尺寸作為